الباحثون يطورون مشغلات روبوت لينة ذاتية الشفاء

طور فريق من الباحثين في جامعة ولاية بنسلفانيا حلاً لتآكل المشغلات الروبوتية اللينة بسبب النشاط المتكرر: بوليمر حيوي الشفاء ذاتيًا يعتمد على الأسنان الحلقية للحبار. تعتبر المادة مفيدة للمشغلات ، ولكن يمكن أيضًا تطبيقها في أي مكان قد تتسبب فيه الثقوب الصغيرة في حدوث مشكلات ، مثل بدلات المواد الخطرة.

وفقا للتقرير في مواد الطبيعة, "مواد الشفاء الذاتي الحالية بها عيوب تحد من تطبيقها العملي ، مثل قوة الشفاء المنخفضة وأوقات الشفاء الطويلة (ساعات)." 

استوحى الباحثون من مخلوقات الشفاء الذاتي في الطبيعة ، حيث ابتكروا بروتينات اصطناعية عالية القوة. إنهم قادرون على الشفاء الذاتي من التلف الدقيق والمرئي.

ميليك ديميريل أستاذ علوم الهندسة والميكانيكا وحائز على كرسي لويد ودوروثي فور هوتش في مواد المحاكاة الحيوية.

وقال: "هدفنا هو إنشاء مواد قابلة للبرمجة ذاتية الشفاء مع تحكم غير مسبوق في خواصها الفيزيائية باستخدام البيولوجيا التركيبية". 

الأذرع الروبوتية والأطراف الصناعية

تعتمد بعض الآلات الروبوتية ، مثل الأذرع الروبوتية والأرجل الاصطناعية ، على المفاصل التي تتحرك باستمرار. يتطلب ذلك مادة ناعمة ، وينطبق الشيء نفسه على أجهزة التنفس وأنواع مختلفة من معدات الحماية الشخصية. هذه المواد ، وأي مواد تخضع لحركة متكررة مستمرة ، معرضة لخطر الإصابة بتمزقات وتشققات صغيرة ، وفي النهاية تنكسر. باستخدام مواد الشفاء الذاتي ، يمكن إصلاح هذه التمزقات الصغيرة بسرعة قبل حدوث أي ضرر جسيم. 

يتكرر ترادف الحمض النووي

ابتكر فريق الباحثين البوليمر الذاتي الشفاء باستخدام سلسلة من تكرارات الحمض النووي الترادفية المكونة من الأحماض الأمينية التي ينتجها التضاعف الجيني. غالبًا ما تكون التكرارات الترادفية عبارة عن سلسلة قصيرة من الجزيئات يمكنها تكرار نفسها لعدد غير محدود من المرات. 

عبدون بينا فرانشيلش هو المؤلف الرئيسي للورقة وطالب دكتوراه سابق في مختبر ديميريل.

قال عبدون بينا فرانشيلش: "لقد تمكنا من تقليل فترة الشفاء النموذجية لمدة 24 ساعة إلى ثانية واحدة حتى تتمكن الروبوتات اللينة القائمة على البروتين لدينا من إصلاح نفسها على الفور". "في الطبيعة ، يستغرق الشفاء الذاتي وقتًا طويلاً. وبهذا المعنى ، فإن تقنيتنا تتفوق على الطبيعة ".

وفقًا لـ Demirel ، يمكن للبوليمر الذاتي الشفاء أن يشفي نفسه باستخدام الماء والحرارة وحتى الضوء. 

قال ديميريل: "إذا قطعت هذا البوليمر إلى النصف ، فعندما يشفي يستعيد قوته بنسبة 100 في المائة".

Metin Sitti هو مدير قسم الذكاء الطبيعي في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية ، شتوتغارت ، ألمانيا.

قال Sitti: "تعتبر المواد اللينة ذات الذكاء الجسدي ذاتية الإصلاح ضرورية لبناء روبوتات ومشغلات قوية ومتحملة للأخطاء في المستقبل القريب".

كان الفريق قادرًا على إنشاء بوليمر ناعم سريع الشفاء عن طريق تعديل عدد التكرارات الترادفية. إنه قادر على الاحتفاظ بقوته الأصلية ، وفي الوقت نفسه ، تمكنوا من جعل البوليمر 100٪ قابل للتحلل البيولوجي وقابل لإعادة التدوير بنسبة 100٪ في نفس البوليمر. 

البوليمرات البترولية

قال ديميريل: "نريد تقليل استخدام البوليمرات البترولية لأسباب عديدة". عاجلاً أم آجلاً سوف ينفد البترول كما أنه يلوث ويسبب الاحتباس الحراري. لا يمكننا منافسة المواد البلاستيكية الرخيصة حقًا. الطريقة الوحيدة للمنافسة هي توفير شيء لا تستطيع البوليمرات البترولية توفيره ، ويوفر العلاج الذاتي الأداء المطلوب ".

وفقًا لديميريل ، يمكن إعادة تسخين العديد من البوليمرات القائمة على البترول ، ولكن يجب أن تكون في شيء مختلف. 

البوليمرات المحاكاة الحيوية قادرة على التحلل البيولوجي ، والأحماض مثل الخل قادرة على إعادة تدويرها إلى مسحوق والذي يمكن بعد ذلك تصنيعه في البوليمر الأصلي الشفاء الذاتي. 

ستيفاني ماكلهيني هي مديرة برنامج الكيمياء الحيوية في مكتب أبحاث الجيش. 

قال ماكلهيني: "يسلط هذا البحث الضوء على المناظر الطبيعية لخصائص المواد التي يمكن الوصول إليها من خلال تجاوز البروتينات الموجودة في الطبيعة باستخدام مناهج البيولوجيا التركيبية. "إن الشفاء الذاتي السريع والعالي القوة لهذه البروتينات الاصطناعية يوضح إمكانات هذا النهج في تقديم مواد جديدة لتطبيقات الجيش المستقبلية ، مثل معدات الحماية الشخصية أو الروبوتات المرنة التي يمكنها المناورة في الأماكن الضيقة."